Задача: Какие процессы составляют прямой цикл?
Варианты ответов:
- Адиабатное сжатие и расширение, изобарное нагревание и охлаждение
- Адиабатные сжатие и расширение, изохорные нагревание и охлаждение
- Изобарные нагревание и охлаждение, изотермические сжатие и расширение
- Изотермические сжатие и расширение, изотермические нагревание и охлаждение
- Адиабатное сжатие и расширение, изотермические сжатие и расширение
Решение:
Прямой цикл (или цикл Карно) – это идеальный термодинамический цикл, который состоит из четырех обратимых процессов и является наиболее эффективным циклом для преобразования теплоты в работу. Он лежит в основе работы тепловых машин.
Четыре процесса, составляющие прямой цикл Карно, следующие:
- Изотермическое расширение (нагревание): Рабочее тело поглощает теплоту от высокотемпературного источника при постоянной температуре \(T_1\) и совершает работу.
- Адиабатическое расширение: Рабочее тело расширяется без теплообмена с окружающей средой, его температура падает от \(T_1\) до \(T_2\), и оно совершает работу.
- Изотермическое сжатие (охлаждение): Рабочее тело отдает теплоту низкотемпературному источнику (холодильнику) при постоянной температуре \(T_2\), и над ним совершается работа.
- Адиабатическое сжатие: Рабочее тело сжимается без теплообмена с окружающей средой, его температура повышается от \(T_2\) до \(T_1\), и над ним совершается работа.
Таким образом, прямой цикл Карно состоит из двух изотермических и двух адиабатических процессов.
Рассмотрим варианты ответов:
- 1. Адиабатное сжатие и расширение, изобарное нагревание и охлаждение. Это описание цикла Брайтона или Джоуля, который используется в газотурбинных установках.
- 2. Адиабатные сжатие и расширение, изохорные нагревание и охлаждение. Это описание цикла Отто, который используется в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
- 3. Изобарные нагревание и охлаждение, изотермические сжатие и расширение. Не соответствует циклу Карно.
- 4. Изотермические сжатие и расширение, изотермические нагревание и охлаждение. Этот вариант содержит только изотермические процессы, что не является полным описанием цикла Карно. Цикл должен быть замкнутым, и для этого нужны адиабатические процессы, соединяющие изотермы разных температур.
- 5. Адиабатное сжатие и расширение, изотермические сжатие и расширение. Этот вариант точно описывает процессы, составляющие цикл Карно.
Правильный ответ: 5. Адиабатное сжатие и расширение, изотермические сжатие и расширение.